张地林，刘催萍，吕静茹，褚 珏，陈强红，沈 波

(杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 310036)

花色苷广泛存在于自然界的各种有色植物中，结构母核是2-苯基苯并吡喃阳离子，属于黄酮类多酚化合物，是构成花瓣、果实等颜色的主要水溶性天然色素.近年来，花色苷作为一种天然食用色素，因其重要的生理和经济作用受到研究者的关注，特别是其具有的营养和药理效应，在食品、化妆品和医药等领域有着广泛的应用价值[1-3].本文就近年来花色苷种类、提取分离和鉴定及其稳定性等方面的研究作一综述.

1 花色苷的种类

花色苷是由花色素与糖类以糖苷键结合而成的糖苷化合物，是各类花色素不同颜色的核心组分，构成了植物中绝大多数品种的蓝色、红色、紫色和黄色等.自然界中已知的花色素有22大类[2-5]，在食品中常用的主要有天竺葵色素(pelargonidin，Pg)、芍药色素(peonidin，Pn)、矢车菊色素(cyanindin，Cy)、飞燕草色素(delphinidin，Dp)、锦葵色素(malvidin，Mv)和牵牛色素(petunidin，Pt)等6类[6]，在植物可食用部分的分布比例依次为50%、12%、12%、12%、7%和7%，尤以天竺葵色素最高[7].

花色苷的种类因植物的不同而有差异，且不同植物花色苷含量也不同.如黑莓仅含有几种花色苷，主要花色苷为矢车菊素-3-葡萄糖苷，其次为矢车菊素-3-芸香苷，而葡萄则含几十种花色苷[8]，葡萄中花色苷含量最低为33 mg/100 g Fw(鲜重)，最高可达751 mg/100 g Fw.而紫玉米中花色苷含量最高，达到1779 mg/100 g Fw[9].

蓝、紫粒小麦籽粒中共含有14种花色苷类化合物，分别为飞燕草色素-芦丁苷、矢车菊素-芦丁苷、飞燕草色素-己糖苷、矢车菊-己糖苷、矢车菊素-丙二酰葡萄糖苷、牵牛花色素-芦丁苷、芍药素-己糖苷、芍药素-芦丁苷、锦葵色素-芦丁苷、芍药素-芦丁苷、锦葵色素-芦丁苷、芍药素-己糖苷、芍药素-丙二酰-葡萄糖苷、矢车菊-(未鉴定出)，其中矢车菊-己糖苷、矢车菊素-芦丁苷为4个小麦品系蓝粒小麦、紫繁3、远5987-88和黑小麦76共同含有的单体花色苷[10].紫粒小麦的主要花色苷是矢车菊素-3-葡萄糖苷(cyanidin-3-glucoside)[11]，全麦中花色苷总量为104 mg·kg-1，麸皮中总量为251 mg·kg-1[12].蓝粒小麦的颜色主要由飞燕草色素、矢车菊素、牵牛花色素、锦葵色素花色苷控制[10]，全麦中花色苷总量为157 mg·kg-1，麸皮中含量为458 mg·kg-1[12].桑葚中所含主要花色苷也是矢车菊素[13]，而紫甘薯花色苷的主要成分是矢车菊色素和芍药色素[14-16].山杏种皮中黑色素的含量较高，约为4.73%[17]，茶叶中黑色素的含量仅为2.01%[18].

对黑米不同部位色素提取物成分的测定及结构解析显示，主要有锦葵素、天竺葵素-3，5-二葡萄糖苷、矢车菊素-3-葡萄糖苷和矢车菊素-3，5-二葡萄糖苷4种花色苷类化合物，进一步的色素理化性质分析，推断黑米色素(苷)以花青素和翠雀素为主导，其后证明黑米花色苷的两种主要花色苷为矢车菊素-3-葡萄糖苷和矢车菊素-3-鼠李糖苷[19-21].

由于花青素与糖形成的糖苷键不同，使得部分不同植物之间所含有的花色苷种类大多数基本相同而仅在糖苷键上有区别，同时造成不同花色苷含量差异，在这一方面还有待进一步对比分析研究.

2 花色苷提取和鉴定分析

2.1 花色苷提取研究

花色苷提取方法有酸性乙醇萃取法、碱提取-酸沉淀法、吸附洗脱法、超临界流体萃(Supercritical Fluid Extraction, 简称SFE)、大孔树脂的吸附等，提取效率受浸提时间、温度、料液比、溶剂和pH值等诸多因素的影响.

花色苷类色素在酸性乙醇溶液中较稳定，溶剂选择性高，安全、可靠，常温下不易大量挥发，但能在较低的加热温度下蒸发，产品成本高.影响石榴籽原花色素提取效果的重要顺序依次为：抽提时间>SH(六偏磷酸钠)添加量>乙醇浓度.最佳提取工艺：提取时间87 min、SH添加量0.13%、乙醇质量分数60%、提取温度55 ℃、料液比25∶1[22].当pH为5.1时，提取时间86 min、乙醇质量分数72%、提取温度76 ℃、料液比l∶9，提取3次，沙棘籽中原花色素的提取率达到最大值[23].落叶松树皮中低聚原花青素以水为提取剂，在85 ℃、液料比10∶l的条件下保温浸提2 h效果最佳，提取物经醇沉后，用石油醚沉淀法分离低聚原花青素，产物经正丁醇-盐酸法显色，比色法测定质量含量可达90%以上[24].黑豆皮黑色素的提取最佳条件是采用80%乙醇溶液作浸取剂，在80～90 ℃的恒温水浴中加热1～1.5 h，经二级提取，合并滤[25].黑糯玉米黑色素提取的最佳工艺条件：以95%的乙醇为提取剂，提取时间为2 h，提取pH为7，提取料液比为1∶8，提取温度为75 ℃[26].甘蓝型油菜种子黑色素的最佳提取工艺条件是NaOH质量分数为3%，提取温度为80 ℃，提取时间1 h，提取2次，沉淀pH值为4[27].黑米色素在65 ℃左右，酸度越高，浸泡时间越长，提取量越大[28].山杏种皮黑色素适宜在0.5 mol/L NaOH在60 ℃下提取2次，每次12 h，提取宜在氮气保护下进行，防止黑色素氧化[25].紫色辣椒叶片色素最佳浸提组合为30 ℃下0.1 mol/L HCl处理叶片1 h[29].使用这种碱提取-酸沉淀法提取，溶剂对黑色素选择性高，溶解力强，萃取率高.

采用柱层析、葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20)色谱进行纯化和分离黑龙江产高粱外种皮中原花青素，提取的最佳工艺组合：温度80 ℃，时间1.5 h，pH值4，料液比1∶20.在此条件下进行提取，提取率可以达到90%以上[30].这种吸附洗脱法操作较困难，成本较高，提取效率较高.超临界CO2萃取刺葡萄籽原花青素的适宜工艺条件是萃取压力30 MPa，萃取温度55 ℃，料液比1∶0.8，60%乙醇为夹带剂[31].这种方法纯净、安全、保持生物活性、不易受热分解、稳定性强、色味纯正、提取时间短、污染少及提取率高，但是操作成本高，无法连续操作装置的时空产率比较低.AB-8大孔树脂主要是通过表面吸附、表面电性、氢键及分子筛等作用对黑米皮花色苷具有较好的吸附和解吸能力，是吸附纯化黑米皮花色苷的最佳树脂类型，其最佳工艺参数为：上柱液pH 2，样品质量浓度1.0 mg/mL，吸附流速1.0 mL/min，以70%乙醇为解吸剂，洗脱速度为1.0 mL/min[32].这种方法应用范围广、理化性质稳定、分离性能优良、使用方便、溶剂用量少[33].

2.2 花色苷鉴定分析

由于花色苷种类繁多，而且一般都是以几种花色苷并存，所以通常以总花色苷含量来评价某种物质中花色苷的多少，常用紫外-可见吸收光谱法.高效液相色谱法是目前使用较为广泛的花色苷分析方法之一，可进行定性分析和定量分析，并可进一步与质谱、核磁共振、光谱等技术相结合，鉴定花色苷的结构[34].应龙彬等[35]通过对HPLC分离条件的优化，建立了适宜黑米花色苷成分测定分析的方法，在重现性、灵敏度和回收率方面可满足研究要求.王庆等[36]利用建立的一种等度洗脱的反相高效液相色谱法，检测黑米皮中花青素在人体内的代谢时间和生物转化动态，发现黑米皮中花青素总含量约为2.31%，其中矢车菊素-3-葡萄糖苷占1.87%，芍药素-3-葡萄糖苷占0.44%.采用高效液相色谱法-光电二极管阵列检测法和电喷雾质谱法，对黑米中花色苷的分析显示，主要成分是矢车菊素-3-葡萄糖苷，含量为572.47 μg/g，其次是花青素-3-葡萄糖苷，含量仅为29.78 μg/g[37].进一步地利用一维、二维的核磁共振技术及二级质谱技术，Honda等[38]对起源于中国的一种紫蓝色的花(Orychophragonus violaceus ) 中的复杂花色苷进行结构解析，获得了3种主要的未曾报导的花色苷成分.对越橘(Vaccinium myrtillus) 中花色苷的结构鉴定，发现了2种未知的花色苷：飞燕草素-3-O-桑布双糖苷和矢车菊素-3-O-桑布双糖苷[39].在松果菊中鉴定出的主要花色苷结构为cyaniding3-O-[2-O-(2-O-(trans-sinapoyl)-3-O-(β-D-glucopyranosyl)-β-D-xylopyranosyl)-6-O-(trans-p-coumaroyl)-β-D-glucopyranoside]-5-O-[6-O-(malonyl)-(β-D-glucopyranoside)[11].而Heidari等[40]对葡萄(Siahe Sardasht)中花色苷的结构解析，显示5种主要的花色苷成分，依次为petunidin-3-O-(6-O-malonyl,3-O-acetyl)-β-D-glucoside、peonidin 3-O-(6-O-malonyl,3-O-acetyl)-α-D-glucoside)-5-O-α-D-glucoside、malvidin 3-O-(6-O-malonyl,3-O-acety-β-D-glucoside)、petunidin-3-O-(6-O-acetyl-glucosid)和delphinidin 3-O-(6-O-acetyl glucoside)-5-O-glucoside.

3 花色苷稳定性研究

花色苷是常见的功能性色素，但其结构不稳定、利用率较低.不仅受其本身结构所结合的糖苷化位点和数目、浓度的影响，还易受温度、pH、氧、抗坏血酸、酶、金属离子等加工和贮藏过程中的一些理化因素的影响，并且其成分复杂，性质各异[3,4,20,41].研究显示色素所含花色苷种类越多，色素稳定性越高[3].pH通过对花色苷热降解途径的影响，对黑米花色苷的稳定性影响明显，低pH有利于黑米花色苷的保存,且在相同pH条件下，降低温度能有效延长黑米花色苷的半衰期[42].高温虽可使花色苷的酶降解作用效应减弱，但容易破坏花色苷糖苷结构，发生花色苷的热降解，从而影响其在细胞中的积累速度[43].抗坏血酸对花色苷稳定性的影响与温度相关，较低温度时，抗坏血酸起稳定作用；较高温度时，抗坏血酸被氧化后产生的H2O2可引起花色苷结构的降解[1,3,44].糖浓度高低可显著影响花色苷的稳定性，低浓度糖的存在使得花色苷的降解加速，而高浓度糖引起水分活度的降低，导致花色苷形成假碱式结构的速度下降，提高了花色苷的稳定性[45].隋益虎等[29]对紫色辣椒叶片色素的研究表明，直射光、pH值、Fe3+及Ag+显著影响了花色苷的稳定性，H2O2、Na2SO3和NaNO2等氧化剂和还原剂对色素的减色作用明显，抗坏血酸和淀粉等食品添加剂也具有一定的减色作用.

目前提高花色苷稳定性可以通过分子内、分子间辅色作用，简单易行，效果较好[46].欧阳杰等[47]研发了一种增加花色苷类色素稳定性的醚化分子修饰方法，在一定pH条件下，使花色苷类色素与环氧丙烷或环氧乙烷充分反应，经过滤、浓缩和真空干燥后，获得稳定性显著提高的花色苷类色素.应用生物技术的方法提高花色苷稳定性效果较好，但成本和技术要求较高.Konczak等[48]以甜薯的植物细胞为材料，通过基因工程原理技术使细胞内酚酸得到大量表达，培养并获得生理活性强、稳定性高、花色苷含量高的花色苷植株，为花色苷的工业化生产奠定了良好的研究基础.Yawadio等[49]的研究显示，向黑米汁中添加香豆酸、芥子酸、阿魏酸、硫辛酸以及单宁酸等化合物，通过分子内或分子间的辅助成色作用，使这些有机酸在不同程度上起到花色苷增色和提高其稳定性的作用.此外，不同种类的花色苷混合使用比单一的稳定效果好.

4 展 望

花色苷在自然界中存在广泛，我国是世界上植物资源最丰富的国家，拥有众多的花色苷食用色素资源.花色苷不仅赋予植物花朵、水果和蔬菜以鲜艳的颜色，而且在昆虫传粉、种子传播、保护叶片免受紫外线照射损伤、抑制植物病虫害等方面具有重要作用.研究显示,花色苷不仅在现代食品工业中作为天然、安全的食用色素，而且具有抗氧化性、抗肿瘤、清除体内自由基等许多人体保健功效.

黑米皮中含有丰富的花色苷，黑米花色苷具有较强的抗氧化作用、保护血管内皮细胞免受过氧化损伤、预防动脉粥样硬化、降血糖等生物活性[50-51].对冠心病患者膳食进行6个月的黑米皮干预治疗，可显著降低患者血浆可溶性血管细胞粘附因子、可溶性CD40配体和高敏C反应蛋白等炎症因子的水平[52].以主要成分为矢车菊素-3-葡萄糖苷的紫玉米花色苷作受试物，证实其通过降低甘油三酯和脂肪酸合成相关酶的表达而减少脂质在小鼠肝脏的沉积，有效改善高脂膳食诱导的大鼠肥胖相关指标，预防高脂膳食引起的小鼠肥胖[53].而且花色苷具有很好的抗氧化效果，对多种不同肿瘤细胞的生长起到抑制作用，并可有效地抑制癌细胞的浸润和转移[54].

花色苷类物质功能多样，但由于其稳定性较差，且受到提取、分离以及定性定量方法等技术限制，许多花色苷资源的开发、利用及重要的生理功能尚需进一步的深入研究.

[1]Castaneda-Ovando A, Pacheco-Hernandez M D, Paez-Her-nandez M E,etal. Chemical studies of anthocyanims: A review[J]. Food Chemistry，2009,113(4)：859-871.

[2]Rein M J. Copigmentation reactions and color stability of berry anthocyanins[D]. Helsinki: University of Helsinki，2005.

[3]郑杰，丁晨旭，赵先恩，等.花色苷化学研究进展[J].天然产物研究与开发，2011,23(5):970-978.

[4]卢钰，董现义，杜景平，等.花色苷研究进展[J].山东农业大学学报:自然科学版，2004，35(2):315-320.

[5]Devia B, Llabres G, Wouters J,etal. New 3-deoxyanthocyanidins from leaves ofArrabidaeachica[J].Phytochemical Analysis，2002，13(2):114-120.

[6]Escribano-Bailón M T, Santos-Buelga C, Rivas-Gonzalo J C. Anthocyanins in cereals[J]. Journal of Chromatography A，2004,1054:129-141.

[7]Kong J M, Chia L S, Goh N K,etal. Analysis and biological activities of anthocyanins[J]. Phytochemistry,2003,64(5):923-933.

[8]Mazza G，Miniati E. Anthocyanins in fruits，vegetables and grains[M]. London：CRC Press，1993.

[9]孙建霞，张燕，孙志健，等.花色苷的资源分布以及定性定量分析方法研究进展[J].食品科学,2009，30(5)：263-268.

[10]赵善仓，刘宾，赵领军，等.蓝、紫粒小麦籽粒花色苷组成分析[J].中国农业科学，2010,43(19)：23-26.

[11]Hosseinian F S, Li W D, Beta T. Measurement of anthocyanins and other phytochemicals in purple wheat[J].Food Chemistry,2008,109(47):916-924.

[12]Abdel-Aal E-S M, Hucl P A. A rapid method for quantifying total pigments in blue aleurone and purple pericarp wheats[J]. Cereal Chemistry,1999,76(3):350-354.

[13]杨正宪，蔡正宗，桑葚之.Anthocyanins结构鉴定[J].台湾食品科学，1994，21(5)：319-330.

[14]Goda Y, Shimizu T, Kato Y，etal. Two acylated anthocyanins from purple sweet potato[J]. Phytochemistry,1997,44(1):183-186.

[15]Odake K, Terahara N, Saito N,etal. Chemical structures of two anthocyanins from purple sweet potatoIpomoeabatatas[J]. Phytochemistry，1992，31:2127-2130.

[16]Teranara N, Shimizu T，Kato Y，etal. Six diacylated anthocyanins from storage roots of purple sweet potato,Ipomoeabatatas[J]. Biosci Biotechnol Biochem，1999，63(8):1420-1424.

[17]姚增玉，赵忠，史清华，等.山杏种皮黑色素提取工艺研究[J].西北农林科技大学学报:自然科学版，2007，35(5)：120-126.

[18]Sava V M，Galkin B N，Hong M Y,etal. A novel melanin-like pigment derived from black tea leaves with immuno-stimulating activity[J]. Food Research International,2001,34(4):337-343.

[19]王艳龙，石绍福，韩豪，等.中国黑米花色苷研究现状及展望[J].中国生化药物杂志，2010，31(1):63-66.

[20]张名位，郭宝江，张瑞芬，等.黑米抗氧化活性成分的分离纯化和结构鉴定[J].中国农业科学，2006，39(1):153-160.

[21]苏金为.黑米色素的提取和组分分析[J].福建农业大学学报，1999，28(2):233-237.

[22]赵国建.石榴籽原花色素提取纯化及其功能性研究[D].杨凌：西北农林科技大学，2009.

[23]徐晓云，潘思轶，谢笔钧，等.树脂法精制沙棘籽原花色素的研究[J].农业工程学报，2005，21(1):152-154.

[24]杨磊，苏文强，李艳杰，等.正交试验法优选低聚原花色素的提取工艺[J].林产化学与工业，2004，24(2)：57-60.

[25]孟洁，牟春博，张慧.黑豆皮黑色素的提取及理化性质[J].热带作物学报，1998，19(Suppl.):218-220.

[26]杨萍，李琳.黑糯玉米黑色素的提取工艺的研究[J].东北农业大学学报，2009，40(6):97-100.

[27]王雨，汪佩雅，田志宏，等.甘蓝型油菜种子黑色素提取条件的优化[J].安徽农业科学，2009,37(23):11176-11178.

[28]刘敬兰，陈连文.黑米色素的提取和稳定性的初步研究[J].河北师范大学学报：自然科学版，1995，19(2):71-74.

[29]隋益虎，陈劲枫，杨学玲，等.紫色辣椒叶片色素的提取及其稳定性研究[J].食品与发酵工业,2009,35(10):162-166.

[30]Ariga T, Hamano M. Radical scavenging action and its modein procyanidins B-1 and B-3 from azuki beans to peroxyl radicals[J]. Agric Biol Chem，1990，54(10):2499-2504.

[31]成智涛，王仁才，熊心耀，等.超临界CO2萃取刺葡萄籽原花青素的工艺研究[J].现代生物医学进展，2007，7(3):363-366.

[32]侯方丽，张名位，苏东晓，等.黑米皮花色苷的大孔树脂吸附纯化研究[J].华南师范大学学报:自然科学版，2009(1):100-104.

[33]闫征，黄午阳，李春阳.大孔树脂分离纯化草莓中花色苷工艺研究[J].广西农学报，2012，27(5)：29-32.

[34]Farzad M, Griesbach R, Weiss M R. Floral color change in Viola cornuta L. (Violaceae): a model system to study regulation of anthocyanin production[J]. Plant Science,2002,162:225-231.

[35]应龙彬，俞桑桑，刘催萍，等.高效液相色谱法对黑米中花色苷成分的测定[J].杭州师范大学学报:自然科学版,2012，11(1):28-32.

[36]王庆，郭红辉，张名位，等.高效液相色谱法分析黑米皮花青素及其体内代谢产物[J].食品科学，2006,27(5):212-215.

[37]Hiemori M, Koh E, Mitchell A E. Influence of cooking on anthocyanins in black rice(Oryza sativa L, japonica.var. SBR)[J]. J Agric Food Chem，2009，57(5):1908-1914.

[38]Honda T, Tatsuzawa F, Kobayashi N,etal. Acylated anthocyanins from the violet-blue flowers of Orychophragonus violaceus[J]. Phytochemistry,2005,66(15):1844-1851.

[39]Du Q Z, Jerz G, Winterhalter P. Isolation of two anthocyanin sambubiosides from bilberry (Vaccinium myrtillus) by high-speed counter-current chromatography[J]. Journal of Chromatography，2004,1045(1/2):59-63.

[40]Heidari R，Khalafi J，Dolatabadzadeh N. Anthocyanin pigmentsofsiahesardashtgrapes[J]. J Sci，Islamic Republic of Iran，2004,15(2):113-117.

[41]孙建霞，张燕，胡小松，等.花色苷的结构稳定性与降解机制研究进展[J].中国农业科学，2009，42(3):996-1008.

[42]蒋新龙.黑米花色苷降解特性研究[J].中国粮油学报，2013，28(4)：27-31.

[43]支伟特，赵昶灵，陈中坚，等.花色苷对高等植物器官颜色的决定及其影响因素[J].热带亚热带植物学报，2012，20(3)：303-310.

[44]宋会歌，刘美艳，董楠，等.食品中花色苷降解机制研究进展[J].食品科学，2011，32(13)：355-358.

[45]聂芊，吴春，李健.几种天然花色苷色素稳定性的比较与分析[J].哈尔滨商业大学学报:自然科学版,2002,18(5):564-566.

[46]Tatsuzawa F, Saito N, Toki K,etal. Triacylated cyanidin 3-(3X-glucosylsambubioside)-5-glucosides from the flowers of Malcolmia maritima[J]. Phytochemistry，2007，69(4):1029-1036.

[47]欧阳杰，德海，肖连军.增加花色苷类色素稳定性的醚化分子修饰方法.中国:200610140838[P].2006-10-12.

[48]Konczak I，Terahara N，Yoshimoto M，etal. Regulating the composition of anthocyanins andphenolic acids in a sweetpotato cell culture towards production of polyphenolic complex with enhanced physiological activity[J]. Trends in Food Science & Technology，2005，16(9):377-388.

[49]Yawadio R，Morita N. Color enhancing effect of carboxylic acids on anthocyanins[J]. Food Chemistry, 2007, 105(1):421-427.

[50]Guo H，Ling W，Wang Q,etal. Effect of anthoeyanin-rich extract from black rice(Oryza sativa L.indica) on hyperlipidemia and insulin resistance in fructose-fed rats[J].Plant Foods Hum Nutr，2007，62(1):1-6．

[51]孙玲，张名位，池建伟，等.黑米的抗氧化性及其与黄酮和种皮色素的关系[J].营养学报，2000，22(3):246-249.

[52]Wang Q，Han P，Zhang M，etal.Supplementation of black rice pigment fraction improves antioxidant and anti-inflammatory status in patients with coronary heart disease[J]．Asia Pac J Clin Nutr，2007，16(Suppl.1):295-301.

[53]胡艳，郭红辉，王庆，等.黑米花色苷提取物对高脂膳食诱导大鼠肥胖形成的影响[J].食品科学，2008，29(2):377-379.

[54]杨靖亚，吴宏忠，胡怿，等.天然抗氧化剂-抗癌转移的新途径[J].中国临床药理学与治疗学,2007,12(4):366-370.